[发明专利]一种基于数值模拟的燃煤层燃工业锅炉节能评价模式

说明书

本发明公开了一种基于数值模拟的燃煤层燃工业锅炉节能评价模式，包括如下步骤，1)建立燃煤层内燃烧数值计算模型；2)燃煤层计算网格设定；3)床层一次风分配；4)炉膛模型网格化；5)FLUENT计算；6)模拟结果分析。本发明属于锅炉节能评价技术领域，具体是提供了一种通过对锅炉燃烧过程进行数值模拟、便于找到锅炉供热存在的问题，提高锅炉节能效率，精准评价锅炉节能性的基于数值模拟的燃煤层燃工业锅炉节能评价模式。

技术领域

本发明属于锅炉节能评价技术领域，具体是指一种基于数值模拟的燃煤层燃工业锅炉节能评价模式。

背景技术

工业锅炉是我国的耗能大户，每年耗煤约4亿吨，占全国原煤产量的三分之一。目前我国工业锅炉以层燃为主，并且以链条炉排锅炉为主，设计效率一般在72％～80％之间，但实际运行时锅炉热效率仅为60％左右，有的锅炉热效率甚至还不到50％，能源浪费相当严重，每年白白多用燃煤约6000万吨。能源是国民经济重要的物质基础，也是人类赖以生存的基本条件，电力工业是能源工业的重要组成部分。中国是煤炭生产和消费大国，目前煤炭提供了一次能源的75％，在可预见的几十年内煤炭仍是中国主要的一次能源。工业锅炉排放大量烟尘以及S0,和N0,等污染物，成为我国大气主要煤烟型污染源之一。作为以煤为主要能源的国家，提高燃烧效率，从而降低燃煤所产生的污染物，是为国家节能的有效途径。发展高效率、低污染的煤洁净燃烧技术成为了锅炉发展的方向。电力市场需求量在不断扩增，煤炭消耗量随之增加。我国的煤炭利用水平还很低，由于燃烧技术及燃烧设备还比较落后，导致能源的浪费，电厂的效益降低。因此确定锅炉评价指标建立方法和建立热源评价指标体是很重要的两个问题。找到锅炉房供热的存在问题，利用数据的直观和科学的方法，能够高效有针对性的发现更好的解决供热系统存在的问题，提高热源的供热实际效率，做到真正的节能环保，数值模拟可以形象地再现锅炉燃烧状况，建立起一个模拟真实锅炉燃烧的过程，不仅节省了人力、物力、资金，而且准确度和效率很高，这对于准确评价锅炉节能性、提高锅炉节能效率的可行性分析来说是一件很有意义的事。

发明内容

为解决上述现有难题，本发明提供了一种通过对锅炉燃烧过程进行数值模拟、便于找到锅炉供热存在的问题，提高锅炉节能效率，精准评价锅炉节能性的基于数值模拟的燃煤层燃工业锅炉节能评价模式。

本发明采取的技术方案如下：本发明基于数值模拟的燃煤层燃工业锅炉节能评价模式，包括如下步骤：

1)建立燃煤层内燃烧数值计算模型：采用一维非稳态模型作为数值计算模型，使用PHOENICS建立燃煤层内燃烧数值计算模型，采用初始条件和外部边界条件相同时的一维非稳态固定窗模型近似描述连续炉排上燃煤层的燃烧过程，一次风与上部辐射条件作为与时间有关的函数模拟一定燃煤层厚度的一次非稳态燃烧过程，按照时间与燃烧在炉排上位置的对应关系式(1-1)展开，获得炉排上燃煤层燃烧过程，稳态燃烧时炉排上燃料行进速度不变，各个位置的燃料燃烧情况只与其在炉排上的停留时间有关，在t时刻，燃料在炉排上的位置为：

x＝x₀+ut (1-1)

式中，x为t时刻燃料所处的位置，单位m；

x₀为燃料起始时刻所处的位置，x₀＝0，单位m；

u为炉排前进的速度，单位m/s；

t为燃料在炉排上的停留时间，s；

2)燃煤层计算网格设定：使用变网格技术将燃煤层分为70层网格，计算域为一维，计算过程中每个网格地面不变，只变化网格高度，每一计算时刻各网格的高度通过计算燃烧过程中孔隙率和颗粒直径变化来获得，累积得到床层高度的变化；

3)床层一次风分配：根据炉排长度将炉排分前段、中段和后段，分段为炉排底下通入一次风，炉排中段风量多，前段和后段风量少，以燃煤层的焦炭、温度为变量进行模拟计算得到床层模拟结果；